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Design, implementation and flight verification of a versatile and rapidly reconfigurable UAV GNC research platform.

机译：多功能且可快速重新配置的无人机GNC研究平台的设计，实施和飞行验证。

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摘要

This work presents the design, development, and flight test results of a rapidly reconfigurable autopilot for small Unmanned Aerial Vehicles, along with the ground station software, and hardware-in-the-loop simulator. The autopilot presented differs from current commercial and open source autopilots mainly as it has been specifically designed to: (i) Enable easy modification of all the algorithms supporting the autopilot tasks, including both position and attitude estimation, inner and outer loop control and high-level navigation. This is done by using the advanced capabilities of The Mathwork's Simulink; models are directly transferred to the autopilot through the Real-Time Workshop's code-generation capability. (ii) Decouple the traditional tasks of position and attitude estimation, navigation, and flight control by using two Digital Signal Controllers (one for each task) interconnected via a Serial Peripheral Interface; and (iii) Interact directly with Simulink as a fully capable and versatile Hardware-in-the-Loop simulation engine.;These new capabilities are achieved by offering a seamless workflow of redesign, software simulation, hardware-in-the-loop simulation, and actual flight tests. The autopilot capabilities are demonstrated by implementing an L1 output feedback adaptive controller, adopted from the newly developed theory of fast and robust adaptation. Flight test results show significant resilience to severe UAV rudder failures that are consistent with the theoretical claims of the L1 methodology.
机译：这项工作介绍了用于小型无人机的快速可重新配置自动驾驶仪的设计，开发和飞行测试结果，以及地面站软件和硬件在环仿真器。所展示的自动驾驶仪与当前的商业自动驾驶仪和开源自动驾驶仪不同，主要是因为其专门设计用于：（i）轻松修改支持自动驾驶仪任务的所有算法，包括位置和姿态估计，内部和外部回路控制以及级别导航。这是通过使用The Mathwork的Simulink的高级功能来完成的。模型通过Real-Time Workshop的代码生成功能直接转移到自动驾驶仪。 （ii）通过使用两个通过串行外围接口互连的数字信号控制器（每个任务一个）来分离传统的位置和姿态估计，导航和飞行控制任务； （iii）与Simulink直接交互，作为功能全面的通用硬件在环仿真引擎。这些新功能是通过提供无缝的重新设计，软件仿真，硬件在环仿真，和实际的飞行测试。自动驾驶功能通过实施L1输出反馈自适应控制器得到证明，该控制器采用了新开发的快速而稳定的自适应理论。飞行测试结果显示出对严重的无人机舵失效具有显着的复原力，这与L1方法论的理论主张是一致的。

著录项

  • 作者

    Lizarraga Fernandez, Mariano I.;

  • 作者单位

    University of California, Santa Cruz.;

  • 授予单位 University of California, Santa Cruz.;
  • 学科 Engineering Aerospace.;Engineering Electronics and Electrical.
  • 学位 Ph.D.
  • 年度 2009
  • 页码 155 p.
  • 总页数 155
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
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